混合无机碱体系对棉与莱赛尔混合物定量分析.pdf

91检测与标准2023年第7 期针织工业混合无机碱体系对棉与莱赛尔混合物定量分析龚婕，周兆懿（上海市质量监督检验技术研究院，上海200040)摘要：根据棉纤维和莱赛尔纤维的特性，采用无机碱体系对棉、莱赛尔纤维混合物进行定量分析研究，分析不同条件下，棉、莱赛尔纤维混合物在同一复配无机碱混合液中的溶解情况，确定最佳反应条件。结果表明，先用碱性次氯酸钠溶液将棉、莱赛尔纤维混合物在常温(2 0)下预处理30 min后，用8.5%氢氧化钠、7.0%硫脲以及8.0%尿素3种无机碱进行复配，在冷冻条件（-10 -3）中反应30 min后，再在常温下继续反应30 min，可以准确地对棉、莱赛尔纤维进行定量分析。关键词：棉纤维；莱赛尔纤维；混合无机碱；定量分析中图分类号：TS107文献标志码：B文章编号：10 0 0-40 33(2 0 2 3)0 7-0 0 9 1-0 4Quantitative Analysis of Cotton and Lyocell Fiber by UsingMixed Inorganic Alkali SystemGong Jie,Zhou Zhaoyi(Shanghai Institute of Quality Inspection and Technical Research,Shanghai 200040,China)Abstract:According to the characteristics of cotton fiber and lyocell fiber,the quantitative method of cottonfiber and lyocell fiber with mixed inorganic alkali system was studied.The dissolution of cotton and lyocell fibermixture in the same compound inorganic alkali system under different conditions was analyzed,and the optimalreaction conditions were determined.The results show that the cotton and lyocell fiber mixture is pretreated withalkaline sodium hypochlorite solution at room temperature(20)f o r 30 mi n u t e s,a n d t h e n r e a c t e d w i t h 8.5%sodium hydroxide,7.0%thiourea and 8.0%urea for 30 minutes in frozen condition(-10-3),a n d t h e ncontinued to react at room temperature for 30 minutes,the quantitative analysis of cotton and lyocell fiber can becarried out accurately.Key words:Cotton Fiber;Lyocell Fiber;Mixed Inorganic Alkali;Quantitative Analysis莱赛尔纤维是一种再生纤维素纤维，其生产过程所用溶剂可闭路循环使用，而且生产工艺简单，是一种环保产品。在所有再生纤维素纤维中，莱赛尔纤维的聚合度、结晶度和取向度均比黏胶纤维、莫代尔纤维等其他种类的再生纤维素纤维大，所以莱赛尔纤维的化学稳定性较好。近些年，棉与莱赛尔纤维的混纺产品由于柔软、透气、舒适，越来越受消费者喜爱，其检测需求也日趋上升。然而，由于棉与莱赛尔纤维都是纤维素纤维，化学性质极为相似，因此研究如何高效准确地对棉、莱赛尔纤维的混合物进行定量分析尤为重要 1-3。目前常用的针对棉、莱赛尔纤维混合物的定量分析方法主要有物理法和甲酸-氯化锌法。物理法依据FZ/T01101一2 0 0 8 纺织品纤维含量的测定物理法，在显微镜下通过人工识别和分类计数方法对棉纤维、莱赛尔纤维混合物进行定量分析，该方法不仅耗时巨大，效率较低，而且对试验人员的哈氏切片水平、纤维定性分析能力有着较高的要求。须人工切片成极为平整清晰的纤维横截面，不同种类的莱赛尔纤维横截面形态不一，有圆形、方形、三角形、异型等形态，丝光棉与莱赛尔纤维横截面、纵向形态较为相似等因素，均易造成人工测量面积和分类计数时难度较大、不易分辨、作者简介：龚婕（19 9 1一），女，工程师，本科。主要从事纺织品检测方法研究工作。92检测与标准期2023年第针织工业难以精确，使定量分析结果存在较大误差 4-5。甲酸-氯化锌法依据GB/T2910.62009纺织品定量化学分析第6 部分：粘胶纤维、某些铜氨纤维、莫代尔纤维或莱赛尔纤维与棉混合物（甲酸/氯化锌法）进行定量分析。虽然该方法效率高,相对适用性较广 6 ,但是在实际应用过程中，由于莱赛尔纤维溶解所需时间较长，特别是聚合度较高的方形、三角形、异型截面莱赛尔纤维，往往棉纤维开始降解，莱赛尔纤维还未溶解完全，造成定量结果误差较大 7 。同时,甲酸-氯化锌溶液具有很强的腐蚀性和刺激性气味，危害人体健康，污染环境，配制该溶液时甲酸极易喷溅，具有一定危险性。同时,在试验过程中，甲酸-氯化锌溶液对试验设备腐蚀较严重，极易加速设备老化与损坏 8 。因此，呕须研究更加安全简便、准确高效且适用性较好的棉、莱赛尔纤维混合物定量分析方法氢氧化钠溶液可使纤维素纤维溶胀，同时拆散纤维素纤维无定形区大分子间结合力。硫脲和尿素中都含有极性较强的C=O、C=S、一NH,基团，它们容易和纤维素上的羟基形成氢键，从而破坏纤维素大分子间的氢键网络，使纤维素慢慢溶解 9 。综上,氢氧化钠-硫脲-尿素溶剂体系可以溶解纤维素纤维 10 。有研究指出，在常温（2 0)下使用无机碱体系（8.5%氢氧化钠、7.0%硫脲、8.0%尿素）可以快速准确地对棉、莫代尔纤维混纺织物进行定量分析当纤维与低浓度的碱性溶液接触后，发生一定的溶胀，分子链可以伸展并有序重排，结晶度升高。次氯酸钠有氧化作用，促使纤维分子链段有所断裂，所以次氯酸钠溶液提升纤维结晶度的能力比氢氧化钠低。通常情况下，纤维素中无定形区含量越高，结晶度越低，晶粒尺寸越小，纤维素越容易发生水解反应。经研究发现，在常温（2 0）下，棉纤维与莱赛尔纤维经过碱性次氯酸钠溶液处理30min后，棉纤维和莱赛尔纤维的结晶度均增大，棉纤维晶粒尺寸增大，而莱赛尔纤维的晶粒减小 12 因此，本文在常温(2 0)条件下，将棉、莱赛尔纤维混合物在碱性次氯酸钠溶液中预处理30 min后，用8.5%氢氧化钠、7.0%硫脲、8.0%尿素进行复配，通过改变无机碱体系的反应条件，采用无机碱体系对棉、莱赛尔纤维混合物进行定量分析。1试验1.1测试原理用氢氧化钠、硫脲、尿素溶剂体系把莱赛尔纤维从已知干燥质量的混合物中溶解去除，收集残留物，清洗、烘干、称取质量；用修正后的质量计算棉纤维占混合物干燥质量的百分率；由差值得出第二种组分莱赛尔纤维的质量分数1.2材料与仪器试样：本色棉纱线，18 8.2 0 dtex；兰精莱赛尔纤维（1号一3号）、国产莱赛尔纤维（1号、2 号），均为短纤维,1.38 dtex。试剂：次氯酸钠溶液(0.9 1.1mol/L）、氢氧化钠、硫脲、尿素、冰乙酸，均为分析纯，由国药集团化学试剂公司提供；混合无机碱溶液，由8.5%氢氧化钠、7.0%硫脲和8.0%尿素复配得到仪器：DKZ-2恒温振荡水浴锅（精宏仪器有限公司），BSA224S-CW分析天平（赛多利斯科学仪器有限公司）,BC/BD-146HCD卧式冷藏冷冻转换柜（青岛海尔特种电冰柜有限公司），UFE550恒温烘箱（美国莫尔特贸易有限公司），干燥器，具塞三角烧瓶，2#玻璃砂芯埚(30 40 mL）,抽滤器，称量瓶。1.3试验方法按照浴比1:10 0 将试样放人盛有次氯酸钠溶液的具塞三角烧瓶中，塞紧瓶塞，经充分润湿后，在水浴(2 0)条件下静置30 min。用已知质量的玻璃砂芯埚过滤，用少量次氯酸钠溶液清洗残留物1次，再依次用冷水清洗，稀乙酸溶液中和，再用冷水连续清洗残留物，每次清洗液靠重力排液后，再用真空抽吸排液，最后将埚和残留物真空抽吸排液将真空抽吸后的残留物放人盛有无机碱混合液的具塞三角烧瓶中，浴比为1:2 0 0，经充分润湿后,在卧式冷藏冷冻转换柜(调至3档,温度控制在-10 -3)中放置30min，每隔10 min用手摇晃1次，共摇晃3次。拿出烧瓶后将其在水浴（2 0)条件下放置30 min，每隔10 min剧烈振荡1次，共振荡3次。将烧瓶中的残留物洗到已知质量的玻璃砂芯埚中，用2 0 mL无机碱混合液清洗残留物1次，再用冷水清洗，然后用10 0 mL稀乙酸溶液中和清洗残留物并使其浸没于稀乙酸溶液中10 min，再用冷水冲洗，每次清洗液靠重力排液后，再用真空抽吸排液，最后烘干、冷却、称取质量。结果计算和表示按GB/T2910.12009纺织品定量化学分析第1部分：试验通则规定执行。2结果与讨论2.1无机碱混合溶液反应条件和溶解时间的确定无机碱混合液的反应温度对其溶解性能有重要影响，温度越低，溶解力越高。这是由于碱纤维93检测与标准2023年第7 期针织工业素的形成是放热反应，低温可促使碱纤维素形成，温度越高，越不利于纤维素溶胀和溶解 13。试验发现，8.5%氢氧化钠、7.0%硫脲、8.0%尿素的无机碱体系在-10 -3温度下溶解力较高，因此将莱赛尔纤维置于无机碱混合液中，放人卧式冷藏冷冻转换柜在-10 -3温度范围内反应，观察在不同反应时间下莱赛尔纤维的溶解情况。结果见表1。由表1可知，随着反应时间的增长，莱赛尔纤维在无机碱混合溶液中的溶解性能逐步提升，当无机碱混合液的温度降至-10 -3且维持平衡时，进一步增加溶解时间，莱赛尔纤维仍无法完全溶解。这是由于莱赛尔纤维具有很高的聚合度、结晶度和取向度，氢氧化钠溶液虽然使莱赛尔纤维溶胀，但无法完全拆散莱赛尔纤维无定形区大分子间的结合力。同时，硫脲和尿素中极性较强的C=O、C=S和一NH2基团对莱赛尔纤维大分子间氢键网络的破坏力不足以使莱赛尔纤维完全溶解，因此单独使用无机碱混合液无法完全溶解莱赛尔纤维。为了进一步研究无机碱混合液对莱赛尔纤维的溶解情况，将莱赛尔纤维在常温（2 0）下用碱性次氯酸钠预处理30 min后，再使用无机碱混合溶液在-10 -3条件下溶解莱赛尔纤维，观察在不同反应时间下莱赛尔纤维的溶解情况。结果见表2。由表2 可知，经碱性次氯酸钠预处理后，用无机碱混合液溶解莱赛尔纤维，当反应时间超过50min，莱赛尔纤维即可以完全溶解。进一步模拟棉、莱赛尔纤维混纺织物真实溶解环境，将棉纤维经次氯酸钠预处理后用混合无机碱溶液在冰冻条件下反应50 min，结果发现棉纤维损伤很大，出现明显断裂。因此，改进反应条件，依据表2的试验结果，将冰冻反应时间缩短至40 min以内，同时待冰冻反应结束后继续延长室温混合无机碱反应时间，以此观察莱赛尔纤维的溶解情况，测试结果见表3。由表3可知，经预处理后，先冰冻反应30 min后，再于常温（2 0）条件下继续反应2 0 min，除兰精莱赛尔纤维1号和2 号外，其余莱赛尔纤维全部溶解。冰冻反应30min后延长室温反应时间至30min,所有莱赛尔纤维均能溶解。选择冰冻反应时间40 min，再于常温（2 0）条件下继续分别反应2 0min和30 min,莱赛尔纤维都能全部溶解。为使棉纤维在莱赛尔纤维能够完全溶解的反应条件下的质量损失尽可能地降低，结合表2 和表3，选择莱赛尔纤维能全部溶解的反应条件，并在此条件下观察无机碱混合液对棉纤维的损伤情况，结果见表4。由表4可知，经次氯酸钠预处理后，在-10 -3条件中反应30min后，再于常温(2 0)条件下继续反应30 min，棉的质量损失最小，且莱赛尔纤维均能全部溶解。在此条件下，按照式（1)计算棉纤表1冷冻条件下莱赛尔纤维的溶解情况纤维类型反应30 min反应6 0 min反应9 0 min反应12 0 min兰精莱赛尔1号部分溶解部分溶解部分溶解纤维溶胀至透明糊状兰精莱赛尔2 号部分溶解部分溶解部分溶解纤维溶胀至透明糊状兰精莱赛尔3号部分溶解部分溶解部分溶解纤维溶胀至透明糊状国产莱赛尔1号部分溶解部分溶解部分溶解纤维溶胀至透明糊状国产莱赛尔2 号部分溶解部分溶解部分溶解纤维溶胀至透明糊状表2经预处理后冷冻条件下莱赛尔纤维的溶解情况纤维类型反应30 min反应40 min反应50 min反应6 0 min兰精莱赛尔1号几乎全部溶解几乎全部溶解全部溶解全部溶解兰精莱赛尔2 号几乎全部溶解几乎全部溶解全部溶解全部溶解兰精莱赛尔3号几乎全部溶解全部溶解全部溶解全部溶解国产莱赛尔1号全部溶解全部溶解全部溶解全部溶解国产莱赛尔2 号几乎全部溶解几乎全部溶解全部溶解全部溶解表3改进反应条件后莱赛尔纤维的溶解情况低温30 min+常低温30 min+常低温40 min+常低温40 min+常纤维类型温2 0 min温30 min温2 0 min温30 min兰精莱赛尔1号几乎全部溶解全部溶解全部溶解全部溶解兰精莱赛尔2 号几乎全部溶解全部溶解全部溶解全部溶解兰精莱赛尔3号全部溶解全部溶解全部溶解全部溶解国产莱赛尔1号全部溶解全部溶解全部溶解全部溶解国产莱赛尔2 号全部溶解全部溶解全部溶解全部溶解表4棉纤维的质量损失反应条件溶解前质量m/g溶解后质量mlg棉的质量损失ml/g低温50 min1.028 70.822.90.205 8低温30 min+常温30 min1.056 30.960 20.0961低温40 min+常温2 0 min1.03360.898 60.135.0低温40 min+常温30 min1.044 10.899 50.144 694检测与标准2023年第7 期针织工业维的修正值d,结果见表5。dmi(1)m2式中：d为棉纤维修正值；mi为棉纤维溶解前质量，g;m2为棉纤维溶解后质量，g。表5棉纤维的修正值溶解前质溶解后质棉的修序号量m/g量ml/g正值d11.00520.913 71.1021.125 61.02331.1031.056 30.951 51.1141.06890.97031.1051.100 20.99891.1061.059 60.962 01.1071.015 20.920 41.1081.039 60.951 11.0991.05660.95681.10101.078 40.98011.10平均值1.060 60.962 81.10由表5可知，棉纤维的修正值为1.10,且在该反应条件下，棉的修正值重复性高，数据较稳定。2.2不同配比棉、莱赛尔纤维混合物定量分析结果用碱性次氯酸钠溶液在常温(20）下预处理30 min后，无机碱混合液（8.5%氢氧化钠、7.0%硫脲、8.0%尿素）置于卧式冷藏冷冻转换柜（温度控制在-10 -3）中反应30 min，再在常温（2 0)下继续反应30 min，棉修正系数d值取1.10,在此条件下对不同配比的棉、莱赛尔纤维混合物进行定量分析，结果以净干含量计，见表6。由表6 可知，不同配比的棉、莱赛尔纤维混合物纤维含量实测结果与理论值误差均小于1.0 0%，误差范围可接受，因此方法具有很好的适用性。3结束语经碱性次氯酸钠溶液在常温(20）下预处理30 min后，用无机碱混合液（8.5%氢氧化钠、7.0%硫脲、8.0%尿素）在卧式冷藏冷冻转换柜(温度控制在-10 -3)中反应30 min后,再在常温(2 0)下继续反应30 min，棉的修正值d设为1.10,可以准确地对不同配比的棉、莱赛尔纤维混合物进行有效的定量分析。该方法试验结果数据稳定，误差较小，适用性较好混合无机碱溶液比甲酸-氯化锌溶液配制方法更加简单快捷、成本较低且无刺激性和挥发性气体产生，反应条件更加安全温和，试验过程不易对设备产生腐蚀损坏，反应时间与甲酸-氯化锌溶液在70下对棉、莱赛尔纤维混合物的定量分析较为相近，效率较高，可以有效替代现行的甲酸-氯化锌溶解体系。参考文献1谭敏红.深色棉/莱赛尔混纺产品的定量分析 J.印染,2 0 12,38（16)：43-45.2管雯珺,周兆懿.甲酸/氯化锌溶液对丝光棉化学降解程度的影响 J.上海纺织科技,2 0 14(2):2 5-2 7.3刘建昆，周丽.莫代尔或莱赛尔纤维与棉混纺产品定量分析 J.天津纺织科技,2 0 18(2):2 8-30.4刘炜卿.再生纤维素纤维棉混纺产品定量分析方法探讨 J.纺织标准与表6 不同配比棉、莱赛尔纤维混合物定量分析结果溶解前混合物质量/g溶解后质量/g棉含量/%莱赛尔含量/%序号莱赛尔纤维棉纤维棉纤维理论值实测值理论值实测值10.52630.50230.459 248.8349.1151.1750.8920.236 50.815 20.748577.5178.2922.4921.7130.12560.932.50.855288.1388.9111.8711.0940.658 50.441 50.395 640.1439.5659.8660.4450.425 60.667 80.602 261.0860.5838.9239.4260.336 50.698 50.639 367.4967.9432.5132.0670.785 40.256 20.224 624.6023.7275.4076.2880.88740.23650.205821.0420.1478.9679.8690.933 60.12350.103111.6810.7388.3289.27100.55630.623 60.564552.8552.6347.1547.37注：1号一10 号样品的相对误差分别为0.2 7%、0.7 7%、0.7 8%、0.58%、0.49%、0.46%、0.88%,0.90%.0.95%.0.22%。质量,2 0 13(2):18-2 2.5刘锦瑞,张向丽,高友军,等.染色莱赛尔/粘胶混纺产品的定量分析 J.印染,2 0 17,43(2):46-49.6赵素敏，高友军,刘锦瑞，等.莱赛尔A100与竹纤维混纺产品纤维成分定量分析 J.印染,2 0 17,43(3):50-53.7王晓梅，孙学艳，马丽君.莱赛尔与丝光棉混纺产品化学定量的探讨 J.天津纺织科技,2 0 19(5)：39-41.8孙剑涛，王海娟，朱风亮，等.棉与再生纤维素纤维混纺织物定量分析的研究 J.天津纺织科技，2 0 18(6)：36-38.9JLI R,ZHANG L,XU M.Novel re-generated cellulose films prepared by co-agulating with water:structure and pro-pertiesJ.Carbohydrate Polymers,2012,87(1):95-100.10王怀芳，朱平，张传杰.氢氧化钠/尿素/硫脲溶剂体系对纤维素溶解性能研究 J.合成纤维,2 0 0 8(7)：2 8-32.11龚婕，周兆懿，孙嘉憶.常温下无机碱体系对棉/莫代尔纤维混纺织物的定量分析 J.印染,2 0 2 1,47(2):6 3-6 6.12陈华燕，王高勇，梁法锐，等.前处理对棉与莱赛尔混纺纤维定量分析的影响 J.针织工业，2 0 19（4)：7 3-7 6.13王菊生,孙凯.染整工艺原理：第一册 M.北京：中国纺织出版社，2 0 0 3.收稿日期2022年10 月14日